Obiettivi Formativi

Modulo A - Chimica Generale ed Inorganica Modulo B – Chimica Organica ​​​​​​​Il Corso si propone di: - fornire le conoscenze generali delle leggi della materia e dei legami chimici. In particolare, verranno fornite conoscenze su: legame chimico e struttura molecolare, relazioni ponderali tra reagenti e prodotti, stati della materia, equilibrio chimico, equilibri ionici in soluzione acquosa, cenni di termodinamica, meccanismi di reazione e catalisi, elementi di chimica inorganica; -fornire le conoscenze di base della chimica organica. Verrà fornito un corretto uso del vocabolario della chimica organica, l’abilità nel disegnare in maniera corretta le molecole organiche, le conoscenze elementari della stereochimica e la conoscenza delle principali trasformazioni organiche con  relativi meccanismi di reazione; - fornire le conoscenze relative alle problematiche dell’inquinamento marino da idrocarburi e da materie plastiche; - far acquisire il metodo scientifico di indagine applicato a risolvere problemi a tematiche nuove, relative alle leggi della materia e del legame chimico ed alla chimica organica applicate all’ambiente marino; - stimolare l’autonomia di giudizio e le capacità critiche attraverso esercitazioni inerenti specifici argomenti del corso; - fornire la capacità di esporre i concetti della chimica generale e inorganica e della chimica organica applicate all’ambiente marino in un linguaggio tecnico appropriato con l’uso di termini anche in lingua inglese, per facilitare la comunicazione con interlocutori specialisti e non specialisti; - fornire capacità di apprendimento necessarie per rendere lo studente in grado di affrontare con adeguata autonomia, ulteriori tematiche avanzate nel settore navale e gli aspetti relativi all’inquinamento marino da idrocarburi e da materie plastiche.

Learning Goals

Module A -  General and Inorganic Chemistry Module B -  Organic Chemistry ​​​​​​​The learning goals of the course are: - to provide students with the general  knowledge on the laws of matter and chemical bonding rules. In particular, knowledge will be provided on: chemical bonding and molecular structure, states of matter, the relationship between reactants and products, chemical balance, balance in the ionic aqueous solution, chemical thermodynamics, reaction mechanisms and catalysis, elements of inorganic chemistry; - to provide students with the basic knowledge of organic chemistry. Students will acquire the proper use of the organic chemistry vocabulary, the ability to properly draw organic molecules, elementary knowledge of stereochemistry and the knowledge of the main organic transformations with the related reaction mechanisms; - to provide students with the knowledge on issues related to marine pollution due to hydrocarbons and plastics; - to acquire the scientific method of investigation applied to solve problems to new issues related to the laws of matter and chemical bonding and of organic chemistry applied to the marine environment; - to stimulate autonomy of judgment and critical skills through through exercises relating to specific course topics; - to provide the ability to expose the concepts of general and inorganic chemistry and of organic chemistry applied to the marine environment in an appropriate technical language  and using also English technical terms, in order to facilitate communication with specialist and non-specialist interlocutors; - to provide the learning skills necessary to make the students able to deal with adequate autonomy further advanced topics in the naval sector and issues related to the marine pollution due to hydrocarbons and plastics.

Metodi didattici

Le attività didattiche si articolano in lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Nel corso delle lezioni frontali verranno illustrati, attraverso l’ausilio della lavagna o diapositive, i concetti fondamentali relativi ai principi e alle leggi fondamentali della chimica, la chimica dei composti inorganici e la nomenclatura e reattività delle principali classi di composti organici. Nel corso delle esercitazioni verranno spiegati attraverso gli esercizi, i concetti fondamentali della chimica generale, le reazioni dei composti inorganici e la reattività e meccanismi di reazione delle molecole organiche.

Teaching Methods

Teaching activities include lectures in the classroom and exercises in the classroom. The lectures in the classroom, performed by using the blackboard or slides projection, will regard the fundamental concepts related to the principles and fundamental laws of chemistry, the chemistry of inorganic compounds and the nomenclature and reactivity of the main classes of organic compounds. Exercises in the classroom will concern the fundamental concepts of general chemistry, the reactions of inorganic compounds and the reactivity and reaction mechanisms of organic molecules.

Prerequisiti

Conoscenze di base di Matematica e Fisica.

Prerequisites

Basic knowledge of mathematics and physics.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento consisterà in un esame finale orale sui diversi argomenti del programma, inteso ad accertare l’acquisizione delle conoscenze generali delle leggi della materia e dei legami chimici e le conoscenze di base della chimica organica, con particolare riferimento alla loro applicazione per l’ambiente marino. Sarà inoltre valutata la capacità di esporre i concetti studiati in un linguaggio scientifico appropriato. È prevista una prova orale di verifica riguardante il modulo A volta ad accertare il grado di apprendimento dello studente nel corso dell’attività didattica ed il cui peso per l’esame finale sarà pari al 50%. Lo studente che avrà superato la suddetta prova sarà dispensato da domande inerenti gli argomenti del modulo A nella prova orale finale.

Assessment

The learning assessment will consist of a final oral exam on the various topics of the program, aimed at ascertaining the general knowledge on the laws of matter and chemical bonding rules and the basic knowledge of organic chemistry, with particular reference to the application for marine environment. The ability to expose the studied concepts in an appropriate scientific language will be also evaluated. An ongoing test will be performed for module A, in Italian, aimed at ascertaining the student's degree of learning during the teaching activity and whose weight for the final exam will be 50%. The student who will pass the aforementioned test can be dispensed with questions concerning the topics covered by the test. For module B, two written ongoing tests aimed at ascertaining the student's degree of learning during the teaching activity will be accomplished, and which do not exempt from the final oral test.

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 751/1 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA ------------------------------------------------------------ Modulo di Chimica Generale ed Inorganica: - COMPOSTI CHIMICI: Numero atomico e di massa. Isotopi. Composti ionici e molecolari. Nomenclatura. Massa molecolare e massa formula. Mole. - STRUTTURA ELETTRONICA DEGLI ATOMI: La natura ondulatoria dell’elettrone. Modello quantomeccanico dell’atomo. Numeri quantici. Orbitali atomici. - TAVOLA PERIODICA: Configurazione elettronica. Proprietà periodiche degli elementi. - LEGAME CHIMICO: Legami covalente e ionico. Formule di Lewis. Elettronegatività. Risonanza. Ibridizzazione. La teoria VSEPR. Teoria dell’orbitale molecolare. Legame metallico. Interazioni deboli. - REAZIONI CHIMICHE: Calcoli stechiometrici. Bilanciamento delle reazioni. Reazioni chimiche in soluzione acquosa, reazioni di precipitazione, acido-base, di ossido-riduzione. Reazioni redox nelle acque naturali. - I GAS: Leggi dei gas. Equazione di Stato. Teoria cinetica-molecolare dei gas. La solubilità dei gas nell’ambiente marino. - LIQUIDI E SOLIDI: Tensione superficiale, viscosità, pressione di vapore. Solidi covalenti e solidi ionici. Forze intermolecolari e intramolecolari. Diagramma di stato e il ciclo dell’acqua. - TERMODINAMICA: Calore e lavoro. Le tre leggi della termodinamica. Calore di reazione ed entalpia. Entropia. Energia libera. - CINETICA: Velocità di reazione. Ordine di una reazione. Meccanismo di reazione. Energia di attivazione. L’equazione di Arrhenius. I catalizzatori. - LE SOLUZIONI: Concentrazioni delle soluzioni. Le proprietà colligative. Legge di Raoult. Legge di Henry. - EQUILIBRIO CHIMICO: La costante di equilibrio Kc e Kp. Equilibri eterogenei. Principio di Le Châtelier. Quoziente di reazione. Variazione di energia libera ed equilibrio. - ACIDI E BASI: Teorie acido-base. Autoionizzazione dell’acqua, pH e pOH. Acidi e basi deboli. Il pH nelle soluzioni saline dell’acqua di mare. Soluzioni tampone. Indicatori. Titolazioni acido-base. - EQUILIBRI DI SOLUBILITÀ: Solubilità e prodotto di solubilità. kps. Effetto dello ione comune. Solubilità dei sali e acidità. Solubilità nelle acque naturali. Chimica delle acque naturali. Concentrazione ionica nelle acque. Inquinamento e purificazione delle acque. ------------------------------------------------------------ Modulo: 751/2 - CHIMICA ORGANICA ------------------------------------------------------------ -STRUTTURA ELETTRONICA E LEGAMI CHIMICI: Richiami sul legame chimico, strutture di Lewis, risonanza, ibridazioni sp3, sp2 e sp del carbonio. -NOMENCLATURA IUPAC E TRADIZIONALE: Classificazione. Proprietà chimico fisiche dei composti organici. Panoramica dei gruppi funzionali organici. -ALCANI E CICLOALCANI: Struttura e reattività. Fonti naturali e prodotti della distillazione del petrolio. -PROBLEMATICHE RELATIVE ALL'INQUINAMENTO MARINO DA IDROCARBURI: Principali strategie per la bonifica e messa in sicurezza e delle aree marine inquinate. -CHIRALITÀ E STEREOISOMERIA: Principi generali. Enantiomeri e diastereoisomeri. -ACIDITÀ E BASICITÀ IN CHIMICA ORGANICA: Generalità. Fattori strutturali ed elettronici che influenzano l’acidità e la basicità dei composti organici. -ALCHENI: Struttura e reattività. Addizioni elettrofile. -ALCHINI: Struttura e reattività. Addizioni elettrofile. -SOSTITUZIONI NUCLEOFILE ALIFATICHE E β-ELIMINAZIONI: Meccanismi SN1, SN2, E1, E2. -AROMATICITÀ E REAZIONI DEL BENZENE: Generalità. Reazioni di sostituzioni elettrofila aromatica. Effetto dei sostituenti sulla reattività di benzeni sostituiti. Fenoli. Sistemi eterociclici. -COMPOSTI CARBONILICI: Generalità. Addizioni nucleofile ad aldeidi e chetoni. -ACIDI CARBOSSILICI E LORO DERIVATI FUNZIONALI: Generalità. Sostituzione nucleofila acilica. -REAZIONI AL CARBONIO α DEI COMPOSTI CARBONILICI: Acidità degli idrogeni in α al gruppo carbonilico. Tautomeria cheto-enolica. Reazioni di condensazione dei composti carbonilici. -AMMINE: Basicità. Sintesi e reattività. -POLIMERI SINTETICI: Classi generali di polimeri sintetici. Polimeri a crescita a catena e a stadi. Proprietà fisiche dei polimeri. -IMPATTO DELL’INQUINAMENTO DA PLASTICA E MICROPLASTICA NELL’AMBIENTE MARINO: Origini, effetti e possibili soluzioni.

Course Syllabus

------------------------------------------------------------ Modulo: 751/1 - CHIMICA GENERALE ED INORGANICA ------------------------------------------------------------ Module of General and Inorganic Chemistry: - CHEMICAL COMPOUNDS: Atomic and mass number. Isotopes. Ionic and molecular compounds. Nomenclature. Molecular and formula mass. Mole. - THE ELECTRONIC STRUCTURE OF ATOMS: The wave nature of the electron. The quantum mechanical model of the atom. Quantum numbers. Atomic orbitals. - THE PERIODIC TABLE: Electronic configuration. Periodic properties of the elements. - CHEMICAL BOND: Covalent and ionic bonds. Lewis formulas. Electronegativity. Resonance. HybridizationThe VSEPR theory. Molecular orbital theory. Metallic bond. Weak interactions. - CHEMICAL REACTIONS: Stoichiometric calculations. Balance of reactions. Chemical reactions in aqueous solution, precipitation, acid-base and redox reactions. Redox reactions in natural waters. - GAS: Gas laws. Equation of State. Kinetic-molecular theory of gases. The solubility of gases in the marine environment. - LIQUIDS AND SOLIDS: Surface tension, viscosity, vapour pressure. Covalent and ionic solids. Intermolecular and intramolecular forces. State diagram and the water cycle. - THERMODYNAMICS: Heat and work. The three laws of thermodynamics. Heat of reaction and enthalpy. Entropy. Free energy. - KINETICS: Reaction speed. Order of a reaction. Reaction mechanism. Activation energy. The Arrhenius equation. The catalysts. - THE SOLUTIONS: Concentrations of the solutions. The colligative properties. Raoult's law. Henry's Law. - CHEMICAL EQUILIBRIUM: The equilibrium constant Kc and Kp. Heterogeneous equilibria. Le Châtelier's principle. Reaction quotient. Variation of free energy and balance. - ACIDS AND BASES: Acid-base theories. Self-ionization of water, pH and pOH. Weak acids and bases. The pH in the saline solutions of seawater. Buffer solutions. Indicators. Acid-base titrations. - SOLUBILITY BALANCES: Solubility and solubility product kps. Effect of the common ion. Solubility of salts and acidity. Solubility in natural waters. Natural water chemistry. Ionic concentration in natural waters. Pollution and water purification. ------------------------------------------------------------ Modulo: 751/2 - CHIMICA ORGANICA ------------------------------------------------------------ Module of Organic Chemistry: -ELECTRONIC STRUCTURE AND CHEMICAL BONDS: Chemical bond. Lewis structures; resonance; sp3, sp2 and sp carbon hybridization. -NOMENCLATURE IUPAC AND TRADITIONAL: Classification. Chemical and physical properties. Overview of organic functional groups. -ALKANES AND CYCLOALKANES: Structure and reactivity. Natural sources and products of petroleum distillation. -PROBLEMS RELATED TO MARINE POLLUTION BY HYDROCARBONS: Main strategies for the remediation and safety of polluted marine areas. -CHIRALITY AND STEREOISOMERY: General principles. Enantiomers and diastereoisomers. Related and absolute configurations and priority rules. -ACIDITY AND BASICITY IN ORGANIC CHEMISTRY: Generality. Structural and electronic factors that influence the acidity and basicity of organic compounds. -ALKENES: Structure and reactivity. Electrophilic additions and regioselectivity. -ALKYNES: Structure and reactivity. Electrophilic additions. -NUCLEOPHILIC ALIPHATIC SUBSTITUTION AND β-ELIMINATIONS. Mechanisms SN1, SN2, E1, E2. -AROMATICITY AND BENZENE REACTIONS: Generality. Reactions of electrophilic aromatic substitutions. Effect of substituents on the reactivity of mono- and di-substituted benzenes: activating and deactivating groups. Phenols. Heterocycles systems. -CARBONYL COMPOUNDS: Generality. Nucleophilic addition to aldehydes and ketones. -CARBOXYLIC ACIDS AND THEIR FUNCTIONAL DERIVATIVES: Generality. Acylic nucleophilic substitution. -α-CARBON REACTIONS: Acidity of hydrogens in α to the carbonyl group. Keto-enol tautomerism. Carbonyl condensation reactions. -AMINES: Basicity. Synthesis and reactions of amines. -SYNTHETIC POLYMERS: General classes of synthetic polymers. Chain growth polymerization and stage growth polymerization. Copolymers. Physical properties of polymers. -IMPACT OF PLASTIC AND MICROPLASTIC POLLUTION IN THE MARINE ENVIRONMENT: Origins, effects and possible solutions.